Производство, передача и распределение электрической энергии

Производство электроэнергии — это процесс перехода первичной
природной энергии, содержащейся в ископаемом топливе, напоре воды, ветра,
солнечной радиации, радиоактивных элементах, во вторичную энергию -
электричество. Производство электроэнергии связано с её потреблением
технологическим единством во времени. В каждый момент времени
вырабатывается столько электроэнергии, сколько её потребляется.
Электроэнергия вырабатывается на электростанциях с помощью электрических
генераторов. Генератор получает энергию от первичного двигателя, который в
свою очередь приводится в движение первичной энергией.

Преимущества электроэнергии перед другими видами энергии (передача
на большие расстояния, возможность преобразования в месте потребления в
другие виды энергии: механическую, тепловую, световую, химическую)
заставляет ученых искать новые решения по преобразованию первичной
энергии в электрическую.

В настоящее время, в зависимости от вида энергии,
потребляемой первичным двигателем, электрические станции могут быть
разделены на следующие основные типы: тепловые, атомные,
гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие, газотурбинные. К
маломощным электрическим станциям, используемым в качестве местного или
резервного источника питания, можно отнести дизельные, ветряные,
солнечные, геотермальные, морских приливов и отливов и др. Электростанции
такого типа, как правило, работают в локальных условиях и не имеют связи с
системами электроснабжения, в которых работают мощные электростанции.

Процесс выработки электроэнергии на тепловых электрических
станциях (ТЭС) заключается в последовательном преобразовании химической
энергии сгораемого топлива в тепловой турбине, соединённой с генератором,
что позволяет механическую энергию вращения генератора превращать в
электрическую.

В зависимости от характера обслуживания ТЭС подразделяют на
конденсационные (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Крупные КЭС,
обслуживающие потребителей значительного района и приближённых к району
энергетических запасов (угля, газа, торфа и. т. д.), называют
государственными районными электростанциями (ГРЭС). Тепловые

электростанции, использующие газовые турбины и работающие на
естественном горючем газе или газе, приготовленном в специальных
газогенераторах путём сжигания различных видов твёрдого топлива,
называются газотурбинными электростанциями (ГТУЭС).

Отличие ТЭЦ от КЭС заключается в специфике пароводяного контура и
способе выдачи электроэнергии. ТЭЦ, снабжающие потребителей
электроэнергией и тепловой энергией, располагаются в районе их потребления.
Пар, получаемый на ТЭЦ и вращающий турбину, используется также для нужд
промышленного производства, отопления, кондиционирования воздуха и
горячего водоснабжения. КЭС снабжает потребителей только электроэнергией.

Атомные электростанции (АЭС) - это по существу те же тепловые
электростанции. АЭС отличается то обычной паротурбинной станции тем, что в
ней в качестве источника энергии используется процесс ядерной реакции
расщепления урана, плутония, тория и др. Во многих странах мира используют
для этих целей уран U-235, расщепляемый под действием тепловых нейтронов
в атомном реакторе. Кроме топлива (U-235) в реакторе должен находиться
замедлитель нейтронов и теплоноситель, отводящий тепло из реактора. В
качестве замедлителя, в зависимости от типа реактора, используется вода под
большим давлением или графит. Теплоносителем является обычная вода.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) энергия водного потока преобразуется
в электрическую энергию при помощи гидравлической турбины и
соединенного в ней генератора. Мощность гидроэлектростанции
пропорциональна напору и расходу воды. Для получения напора и накопления
энергии водяных потоков по всему створу реки устанавливают плотину и
образуют водохранилище. Чем выше разница уровней воды перед плотиной
(верхний бьеф) и после плотины (нижний бьеф), тем больше напор.
Гидравлические турбины устанавливают на уровне нижнего бьефа. По
проводящему каналу или турбопроводу вода направляется на лопасти
гидротурбины, которая связана с ротором электрогенератора. Таким образом,
энергия воды в гидротурбине превращается сначала в механическую, а затем в
электрическую энергию.

Отличие гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС) от ГЭС
состоит в наличии как минимум двух бассейнов - верхнего и нижнего с
определёнными перепадами высот между ними, и так называемых обратимых
гидроагрегатов. В часы минимума нагрузки энергосистемы, генераторы ГАЭС
переводят в двигательный режим, а турбины - в насосный. Гидроагрегаты
перекачивают воду турбопроводам из нижнего бассейна в верхний, потребляя
мощность из сети и тем самым выравнивая график нагрузки энергосистемы.
Когда же в энергосистеме образуется дефицит электроэнергии, ГАЭС
выравнивает её, используя накопленную энергию воды верхнего бассейна.

Между генератором - источником электроэнергии и потребителем
электроэнергии всегда существует непосредственная электрическая связь. Она
осуществляется воздушными и кабельными линиями, выполненными из
хорошо проводящих материалов, что позволяет передать электроэнергию на
большие расстояния.

В процессе передачи и распределения электроэнергии могут изменяться
ее параметры (повышаться или понижаться уровень напряжения, с помощью
специальных технических средств улучшается качество напряжения и. т. д.),
при этом дальность передачи, по существу, ограничивается экономической
целесообразностью допустимых потерь электроэнергии.

На электростанциях, в зависимости от типа и мощности генератора,
энергия вырабатывается при напряжениях от 0,4 до 24 кВ. При таких
относительно низких напряжениях передавать электроэнергию без её
трансформации в более высокие напряжения невыгодно. Чем больше
мощность, тем выше должен быть уровень напряжения. Для этого
используются трансформаторные подстанции (ТП) - электроустановки,
служащие для преобразования и распределения электроэнергии и состоящие из
трансформаторов, распределительных установок, устройств управления и
вспомогательных сооружений. Трансформаторные подстанции служат не
только для повышения напряжения, но и для его понижения. Электроэнергия,
переданная на большие расстояния к потребителям, не может быть
использована при этих же напряжениях. Для использования в потребительских
электроустановках ее необходимо снизить до значения 380/220 В.
Трансформаторные подстанции повышают и понижают уровень напряжения
трехфазного переменного тока с учетом стандартных междуфазных
напряжений.

В странах бывшего СССР используется следующая шкала стандартных
номинальных междуфазных напряжений трёхфазного переменного тока, кВ:

0,22; 0,38; 0,66; (3); (6); 10; (20); 35; 110; (150); (220); 330; 500; 750; 1150.
Указанные в скобках напряжения (в ряде государств) для вновь проектируемых
установок не рекомендуется. В республике Беларусь применяются следующие
уровни напряжений, кВ: 0,22, 0,38; 0,66; 10; 35; 110; 220; 330; 750.
Номинальным напряжением называется такое напряжение генераторов,
трансформаторов, других приемников электроэнергии, при котором они
нормально и экономично работают.

Крупные электростанции (ГРЭС, АЭС, ТЭЦ, КЭС, ГЭС) соединяют
между собой для совместной работы линиями электропередачи напряжением
110-1150 кВ. Энергосистемой называется объединение электростанций,
электрических и тепловых сетей, которые связаны между собой общностью
режима в непрерывном процессе производства, преобразования и
распределения электрической и тепловой энергии при централизованном
управлении этим режимом.

Часть энергосистемы, состоящую из генераторов, распределительных
устройств, повышающих и понижающих трансформаторных подстанций,
электрических сетей и приемников электроэнергии называют электрической
системой.

За годы существования СССР было создано крупнейшее в мире
энергообъединение - Единая энергосистема (ЕЭС). В неё входили
объединённые энергосистемы (ОЭС) республик европейской части бывшего
СССР (в том числе и Белорусская энергосистема), Северного Кавказа и

Закавказья, Казахстана, ОЭС Сибири. ЕЭС СССР имела связь со странами
Восточной и Западной Европы. Была создана стройная структура
диспетчерского управления, в которую входили: Центральное диспетчерское
управление ЕЭС СССР, диспетчерское управление ОЭС и службы районных
энергетических систем, пункты управления электростанциями, диспетчерские
пункты предприятий электрических и тепловых сетей. Всё это позволяло
рационально использовать энергоресурсы, обеспечивая максимальную
экономичность работы энергосистемы.

Централизованное управление ЕЭС обеспечивало перетоки электроэнергии между регионами. Это позволяло снизить суммарный резерв мощности по энергосистеме, который должен быть в пределах 12-20% от общей мощности агрегатов энергосистемы, обеспечивать бесперебойное и надёжное питание потребителей, поддерживать необходимое качество электроэнергии, предупреждать, а в случае возникновения и быстро ликвидировать аварийные режимы.

С распадом СССР ЕЭС прекратила своё существование, однако, связь
между ОЭС республик осталась в той же мере, что и существовала раньше.
Изменились экономические отношения между участниками бывшей ЕЭС,
претерпела изменение структура управления.

Белорусская энергосистема связана с другими ОЭС в основном
межсистемными линиями электропередачи (ЛЭП) напряжением 220, 330 и 750
кВ. Внутри системы связь между районными объединениями осуществляется
ЛЭП напряжением 110, 220, 330 кВ.

Электрическая сеть — это совокупность электроустановок,
предназначенных для передачи и распределения электрической энергии и
состоящей из подстанций и распределительных линий электропередач,
работающих на определённой территории.

Сельские электрические сети питают потребителей, получая
электроэнергию в основном от крупных электростанций, объединённых в
энергосистему. В этом случае от производства до потребителя электроэнергия
претерпевает многоразовую трансформацию. На рис. 8.1. приведён один из
вариантов схемы питания, по которой могут получать электроэнергию
сельскохозяйственные потребители от сетей энергосистемы.

Электроэнергия, вырабатываемая на ТЭЦ и КЭС, повышается с помощью
трёхобмоточных (позиции 1, 2 на рис. 8.1.) и двухобмоточных (позиции 1, 2 на
рис. 8.2.) и двухобмоточных (позиции 3, 4) трансформаторов до уровня
напряжения 110 кВ, которые соединены между собой линиями электропередачи
напряжением 110 кВ. От этих линий запитана районная понижающая
подстанция ПС1 на 110/10 кВ. От подстанции по линиям 10 кВ через
потребительские подстанции (например, 10/0,4 кВ) получают питание
сельскохозяйственные потребители. ТЭЦ в данном случае связана
энергосистемой через линии электропередачи напряжением 110 кВ. КЭС через
автотрансформатор 5 связана с энергосистемой также линиями
электропередачи напряжением 220 кВ.

При питании сельскохозяйственных потребителей от маломощных
сельскохозяйственных электростанций электроэнергия доходит до потребителя

либо без трансформирования напряжения, либо с двумя ступенями
трансформации. На рис 8.2. представлена схема питания потребителей от такой
электростанции.

Напряжение, вырабатываемое на электростанции, может быть сразу
использовано для сельскохозяйственного потребления либо повышаться
трансформатором 1 до уровня 10 кВ и далее передаваться по линии
электропередачи 10 кВ до потребительской понижающей подстанции 2, 10/0,4
кВ. Затем по линиям 0,38 кВ оно поступает к сельскохозяйственным
потребителям.

0,4 кВ 10 кВ 0,38 кВ

1 10 кВ 2

ГЭС

к сельскохозяйственным потребителям

Рис. 8.2. Схема питания потребителей от местной электростанции
сельскохозяйственного назначения.

Питание сельскохозяйственных потребителей от маломощных
сельскохозяйственных подстанций носит местный характер, и они работают
отдельно от энергосистемы. Выработанная электроэнергия не всегда
соответствует требованиям ГОСТ по качеству электроэнергии. Однако при
определённых условиях, несколько рядом находящихся маломощных
сельскохозяйственных электростанций могут быть объединены в местную
энергосистему, что существенно повышает надёжность их работы.

Дата добавления: 2015-07-12